[Labview经验]

多种调制信号的解调的实现过程

2019-4-12 09:40:08 3244 载波滤波

0 1. 引言数字调制是指用数字信号去控制载波的幅度、频率或相位所得到的信号。各种数字调制信号被广泛地应用于现代数字通信系统中。传统的数字调制信号的解调工作都是交给专用的解调芯片来完成，但此种做法导致系统所能处理的信号类型比较单一，缺乏灵活性。在我们的设计中，根据以算法软件为核心的软件无线电架构理论，采用软件解码的方法实现对多种调制信号的解调。实践证明，此设计灵活易行，且以低成本实现高性能。本文将详细论述其实现过程。 2. 数字正交解调的基本原理在当代数字通信系统中，通信信号的总类很多。如ASK、FSK、MSK、GMSK、PSK、DPSK、QPSK及QAM等。从理论上说，各种通信信号都可以用正交调制的方式加以实现；同样，对于几乎所有的调制样式都可以用I/Q解调方式进行解调。以图1-1的数字正交解调的原理框图为例，它利用两路对称的解调支路将输入的调制信号进行解调处理。其中，接收到的已调信号数学表达式为：式中，是信号载波频率，为幅度调制，为相位调制。S(t)经图1-1中A/D部分得到信号S(n)，S(n)与两路正交的载波信号进行混频并滤波后得到两路正交信号分别为：这两路信号经解调算法处理后就可以得到解调分析的结果。 3. 数字正交解调的具体实现在我们的设计中，对应于数字正交解调原理框图1-1中的A/D部分是利用最高采样率为200MS/s，分辨率达12bits的NI PXI-5124高速数字化仪来实现。而混频部分，将根据解调软件面板上输入的载波频率估计值（与实际载频的偏差应在2％的码元速率以内）对A/D后的信号进行混频处理，并将混频后的信号通过一个带宽约为基带信号带宽的低通滤波器，以期消除调制中所引入的载波频率分量。解调分析处理部分是整个分析处理软件的核心，其处理算法设计的好坏直接影响到解调效果。此设计中的解调算法框图如图1-2所示：该框图的主要功能如下： 1) 得到进行分数抽取并滤波后的信号； 2) 将抽取滤波后的信号先进行剩余载波频偏的粗调，然后执行匹配滤波； 3) 由眼图所获得最佳抽取点位置，利用该位置对匹配滤波后的信号进行抽取，并对剩余载波频偏进行细调； 4) 根据码元映射图，由细调后的信号获得标准码元，该标准码元一方面用于最终比特流的恢复，另一方面，作为测量IQ 损失、计算EVM Rms（误差失量幅度的有效值）、MER（调制错误率）计算的参考码元； 5 ) 对最佳抽取位置抽取后的信号进行IQ损失修正，并利用修正后的信号恢复出基带信号，同时给出所测得的IQ偏差。其中，分数抽取的目的是降低运算量，且使抽取后信号的采样率为我们所希望的值，该值与数字化仪的采样率可以不一致。剩余载波频偏的修正旨在解决非同步数字本振所带来的频差。在比特流恢复中，选用了Grey Code（格雷码）方式进行解码。考虑通道衰减可能带来的影响，采用前向均衡滤波器对所处理的接收到信号进行补偿，以期减少ISI（码元间的干扰）。此算法利用labview7.0具体实现如下：图1-3 解调处理算法部分的LabVIEW实现解调分析软件的应用软面板如下： 4. 实验结果　　以BPSK、8PSK、16QAM及32QAM解调为例，其结果如下：星座图中，白色的点表示解调出的I/Q信号在星座图上的对应点，红色的线表示点间跳变时的瞬时功率。测量结果中，EVM Rms是指某个时间理想的参考信号与实际所测的信号的差别，是一个包含幅度分量和相位分量的复数，具体为：　　其中，为标准的I/Q信号在矢量图上的点（作为参考点），为解调出的I/Q信号在矢量图上的对应点，n为解调出的I/Q信号数，也即等于实际输出的码元数。它是理想码元矢量幅度的平方和除以码元误差矢量幅度的平方和，用dB表示，是反映数字信号质量非常重要的指标，MER并非意味着此信号已经误码，而是表征它在尚未误码时的质量。此解调软件对调制信号进行分析处理的结果除了上述的星座图以及误差测量值外，还有恢复出的比特流，该比特流是在处理结束后以文本的形式进行保存的。为便于观查，我们设计了相应的显示算法使恢复出的比特流以调制数M为单位进行分组显示。 5. 结果分析　　为避免无法解调接收到的调制信号，须保持输入道该解调软件的传码率所发射端基带信号的传码率一致。同时，考虑到载波锁定的可靠性，我们的软件至少需接收20M个码元，其中M为多进制调制数。实验表明，在处理所允许的码元数范围内，码元数越多，锁定的效果越好。在传码率Rs确定时，理论上，此软件可处理的最多码元数为0.02Rs，通常每个码元内的采样点数取8个。若每码元采样点数为K，接收的码元数为L，则最终解调后可输出的码元数为L－（68＋4K）/K。　　从对上述几个具有代表性调制信号进行处理的结果可看出：经该解调分析软件处理后信号的星座点比较集中，且EVM在3％（rms）左右，这说明由多种途径所造成的信号幅度和相位偏差都得到了较好的修正，这在一定程度上保证了低误码率，基本满足高性能解调分析仪的要求。 6. 结束语　　在该解调分析软件的设计中，通过设计并优化软件解调的算法同时结合Labview平台的图形化特点，高效地实现对PSK及QAM类调制信号的解调分析。以BPSK、8PSK及16QAM、32QAM为代表的信号，通过该软件进行处理所得的I/Q星座图及EVM Rms、MER的测量结果都显示了所用算法的优越性。参考文献　　[1]陈向民.失量信号分析技术研究.合肥工业大学硕士学位论文.2006年. 　　[2]【美】Theodore S. Rappaport著，蔡涛，杜振民等译.无限通信原理与应用.北京:电子工业出版社，2000年. 　　[3]刘旺锁，吉顺祥，等.基于虚拟仪器的扫频仪的设计与实现[A]，TP273.5.电子测量技术，2007,30(9):78～79. 　　[4]佟艳，贾贵玺，等.基于LabVIEW的静止无功发生器研究（SVG）[A]，TM714.3.电子测量技术，2007,30(9):68～70. 　　[5]姜宇柏，游思晴，等编著.软件无线电原理与工程应用.北京：机械工业出版社，2006年. 　　[6]杨小牛，楼才义，徐建良，著.软件无线电原理与应用　　[7]冯玉珉.通信系统原理.北京:清华大学出版社，北京交通大学出版社.2006年. 　　[8]张明友，吕幼新.信号与系统分析.成都:电子工业出版社.1999年. 　　[9]张贤达.现代信号处理.北京:清华大学出版社,Springer. 0
2019-4-12 09:40:08　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 信号调制解调电路 5 • 信号调制解调电路 0 • 信号调制与解调 18583 • 信号调制解调电路 3412 • 信号的调制/解调 4307 • 模拟信号的调制与解调 0 • ofdm调制和解调过程 2245 • FPGA实现2FSK数字信号调制解调 400 • 多调制信号解调应用（一）：使用K70M选件对多调制信号进行解调 1404 • 调频信号的调制解调 3506